Tecnologia de alta tensão em eletricidade, tipos de isolamento de instalações e coordenação de isolamento

técnica de alta tensão

A engenharia de alta tensão é uma das principais disciplinas em várias especialidades elétricas, elétricas e eletrofísicas.

É amplamente utilizado em diversos setores da economia nacional. No que diz respeito aos sistemas de potência de alta tensão, esta disciplina estuda a isolação elétrica e os processos que ocorrem na isolação quando exposta a tensões e sobretensões nominais (operacionais).

As instalações de alta tensão, com base nas características dos processos de isolamento elétrico, incluem instalações com tensão nominal acima de 1000 V.

O curso de técnica de alta tensão é geralmente dividido em duas partes. A primeira parte aborda questões relacionadas a design, tecnologia, testes e operação. isolamento de instalações elétricas… A segunda parte examina a ocorrência de sobretensões em redes elétricas e métodos para sua limitação.

Ambas as partes da tecnologia de alta tensão estão intimamente relacionadas entre si, e a solução geral para os problemas de uma ou outra parte deve ser realizada em um relacionamento mútuo.

A gama de questões abordadas pela tecnologia de alta tensão inclui:

• campo elétrico em alta tensão;

• descarga elétrica e surf em dielétricos;

• isolamento elétrico e estruturas isolantes;

• métodos de proteção contra surtos e surtos;

• questões relacionadas ao equipamento de laboratórios de alta tensão, medições de alta tensão, métodos de teste preventivo de isolamento e estruturas de isolamento, correntes de aterramento e dispositivos de aterramento.

Cada uma dessas questões tem suas próprias características e importância independente. No entanto, todos eles visam resolver o principal problema da tecnologia de alta tensão - criação e fornecimento de isolamento elétrico de trabalho confiável de instalações de alta tensão (criação de estruturas de isolamento com níveis de isolamento técnica e economicamente racionais).

Por exemplo, vazamentos de gás são de grande importância independente, mas em tecnologias de alta tensão são considerados em termos de propriedades de isolamento, uma vez que gases, especialmente ar, estão presentes em todas as estruturas de isolamento.

Essa disciplina científica surgiu simultaneamente com o surgimento das primeiras instalações de alta tensão, quando o isolamento elétrico passou a determinar a confiabilidade de seu funcionamento.

Conforme você cresce tensão nominal das instalações os requisitos de isolamento estão aumentando.Esses requisitos são amplamente determinados pelos transientes que ocorrem em várias partes das instalações elétricas durante a comutação de circuitos, falhas de aterramento, etc. (surtos internos) e descargas atmosféricas (surtos atmosféricos).

Em conexão com a solução dos problemas da tecnologia de alta tensão, eram necessários laboratórios especiais de alta tensão para obter altas tensões de vários tipos e formas, bem como dispositivos de medição de alta tensão.

Portanto, a engenharia de alta tensão considera os principais equipamentos dos modernos laboratórios de alta tensão e medições de alta tensão.

Além disso, o fluxo de correntes no solo (frequência industrial e pulso) é considerado do ponto de vista do arranjo dos aterramentos de trabalho e proteção, necessários para garantir os modos de operação das instalações de alta tensão e a segurança de sua manutenção .

A engenharia de alta tensão é a única disciplina acadêmica que examina de forma abrangente o desempenho de estruturas de isolamento em sistemas elétricos, e é por isso que é uma das disciplinas centrais para todos os cursos de engenharia elétrica e engenharia elétrica.

Tipos de isolamento para instalações elétricas de alta tensão

Moderno sistemas de energia, que consiste em várias usinas de energia (NPP, HPP, GRES, TPP), subestações, linhas aéreas e cabos de energia, contém três tipos principais de isolamento de alta tensão: estação, subestação e isolamento de linha.

Para isolamento de gás incluem o isolamento de equipamentos elétricos destinados à instalação interna, ou seja, o isolamento de máquinas rotativas (geradores, motores e compensadores), dispositivos elétricos (interruptores, limitadores, reatores, etc.). transformadores e autotransformadores de potência, bem como estruturas de isolamento elétrico para instalação interna (tomadas e isoladores de suporte, etc.).

Para isolamento de subestação incluem isolamento de equipamentos elétricos destinados à instalação externa (na parte aberta da subestação), ou seja, isolamento de transformadores de potência e autotransformadores, dispositivos elétricos externos, bem como estruturas de isolamento elétrico para instalação externa.

Para isolamento de linha incluem isolamento de linha aérea e isolamento de linha de cabo.

O isolamento elétrico das instalações de alta tensão é dividido em externo e interno. Para isolamento externo incluem dispositivos de isolamento elétrico e estruturas no ar, e para isolamento interno — dispositivos e estruturas em meio líquido ou semilíquido.

O isolamento de alta tensão determina a confiabilidade da operação dos sistemas de energia e, portanto, está sujeito aos requisitos de resistência elétrica quando exposto a altas tensões e sobretensões, resistência mecânica, resistência a influências ambientais, etc.

O isolamento deve suportar a tensão de operação por um longo tempo, bem como o impacto diferentes tipos de sobretensão.

O isolamento externo destinado à instalação externa deve funcionar de forma confiável na chuva, neve, gelo, vários poluentes, etc. O isolamento interno, comparado ao isolamento externo, geralmente apresenta melhores condições de trabalho.Em áreas montanhosas, o isolamento externo deve funcionar de forma confiável com pressão de ar reduzida.

Muitos tipos de estruturas de isolamento elétrico devem ter maior resistência mecânica. Por exemplo, isoladores de suporte e manga, mangas, etc. deve suportar repetidamente o impacto de grandes forças eletrodinâmicas durante curtos-circuitos, isoladores de linha (guirlandas) e estruturas de isolamento elétrico de alto suporte - carregamento de vento, pois o vento pode criar alta pressão.

A limitação de sobretensões perigosas para o isolamento em diferentes modos de operação é realizada usando a ajuda dispositivos de proteção especiais.

Os principais dispositivos de proteção são pára-raios, pára-raios, capacitâncias de proteção, supressão de arco e bobinas reativas, pára-raios (cabo e haste), disjuntores de alta velocidade com dispositivos de fecho automático (AR).

Medidas operacionais razoáveis ​​ajudam a garantir a operação confiável do isolamento ao usar limitadores e outros dispositivos de proteção. Eles incluem coordenação do isolamento, organização de testes periódicos de isolamento preventivo (para identificar e remover isolamento enfraquecido), aterramento de neutros de transformadores e etc. .

Coordenação de isolamento

Um dos principais problemas que surgem no projeto de isolamento em tecnologias de alta tensão é a definição do chamado "Nível de isolamento", ou seja, a tensão que ele pode suportar sem ser danificado.

O isolamento das instalações elétricas deve ser feito com um limite de resistência elétrica que não haja sobreposição (destruição) em qualquer possível sobretensão.No entanto, esse isolamento é muito pesado e caro.

Portanto, ao escolher o isolamento, é aconselhável não ir na linha de criar um limite para sua resistência elétrica, mas na linha de aplicar medidas de proteção que, por um lado, evitem o aparecimento de ondas de sobretensão perigosas para o isolamento, e por outro lado, protege o isolamento da ocorrência de ondas de surto...

Portanto, o isolamento é selecionado em um determinado nível, ou seja. valor especificado para descarga e tensão de ruptura, levando em consideração as medidas de proteção.

nível de isolamento e as medidas de proteção devem ser selecionadas de forma que o isolamento não entre em colapso sob a influência de várias formas de sobretensão que ocorrem em uma determinada instalação e, ao mesmo tempo, tenha tamanho e custo mínimos.

A conciliação do nível de isolação adotado e das medidas de proteção com as sobretensões que afetam a isolação é chamada coordenação de isolamento.

Os níveis de isolamento para instalações com tensão de 220 kV inclusive são determinados principalmente pelos valores das sobretensões atmosféricas, ou seja, eles são significativamente maiores que os valores das sobretensões internas, e a coordenação do isolamento neles é baseada nas características do impulso.

Os níveis de isolação de instalações de 330 kV e superiores são determinados principalmente por sobretensões internas, e a coordenação de isolação nelas é baseada na consideração das possíveis magnitudes dessas sobretensões.

A coordenação do isolamento é altamente dependente do ponto neutro da instalação. Instalações com neutro isolado requerem um nível de isolamento mais alto do que instalações com neutro aterrado.